SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜

Jwd&[ O
ulf/C%t,R
在本课中，我们将应用一些最新的工具，来判定透镜的性能是否可以进一步提高。 {X<4wxeTo
这是初始结构，包含三个视场点的MTF曲线。（输入MMF，选择多色选项，然后单击执行。）（下图中开关85打开后，显示红色的红外波长。）

JGcD{RU|
RLE GQ2PmnV+
    ID EXAMPLE LENS    53 UglG!1L
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 hF"g91P
    CORDER    1    3    2 b$O_L4CP
    APS                -11 =`~Z@IbdI
    TEMPERATURE        30.00000 "F$o!Vk
    WAP                3 _i[)$EgFm
    GTZ GWhAjL/N
    UNITS MM <{420
    OBB     0.000000  15.20000  6.24500  -13.54114  0.00000  0.00000 M~Qj'VVL
    6.24500 :KSor}t
f&}A!uLe4x
        0    AIR .3<IOtD=
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 hNnX-^J<o
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 x XM!E 8
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 EB5_;
        1    CTE    0.500000E-06 !?o$-+a|
        1    GTB U    'FUSILICA    ' kt{C7qpD
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR qzA]2'~Q
        3    RAD    31.3000000000000    TH    9.80000000 8ts+'65|F
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 PKR $I
        3    CTE    0.806000E-05 i9eyrl+!
        3    GTB S    'N-LAF2    ' ydND$@; Z
        4    RAD    111.9000000000000    TH    1.50000000 AIR rS )b1nPA
        5    RAD    28.2100000000000    TH    4.00000000 j;20JA/b
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 y[p$/$bgC5
        5 CTE    0.710000E-05 f{Fe+iPc
        5 GTB S    'N-BK7    ' D!}K)T1~R
        6    RAD    14.2600000000000    TH    8.50000000    AIR o}MzqKfu
        7    RAD    -46.1600000000000    TH    3.40000000 cZr G:\A
        7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 H5rPq_R
        7 CTE    0.710000E-05 M6]0Y@@>
        7 GTB S    'N-BK7    ' >u5g?yzw
        8 RAD    19.3000000000000    TH    3.00000000 AIR *)bd1B#
        9 RAD    28.1400000000000    TH    4.80000000 3`k[!!
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 rjL?eTU"s
        9 CTE    0.710000E-05 +K;Y+ K&;2
        9 GTB S    'N-BK7    ' 5U{4TeUH
        10 RAD    -47.0000000000000    TH    1.00000000 AIR v0`qMBr1y
        11 CAO    4.90993000    0.00000000    0.00000000 px_s@>l`
        11 CV    0.0000000000000    TH    13.20000000 AIR W&e'3gk_
        12 RAD    -24.2000000000000    TH    3.20000000 z0 2}&^Zzk
        12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 ^+.t-3|U
        12 CTE    0.846000E-05 =0h|yjnL/
        12 GTB S    'N-SF57    ' 5'X74`
        13    RAD    150.0000000000000    TH    1.20000000    AIR /z1p/RiX
        14    RAD    269.0000000000000    TH    10.00000000 ^r>f2 x
        14    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 >wKu6- ]a
        14    CTE    0.710000E-05 o)tKH@`vE
        14    GTB S    'N-BK7    ' N&fW9s}
        15    RAD    -22.6200000000000    TH    1.00000000    AIR ^E$(1><-a
        16    RAD    -1000.0000000000000    TH    6.70000000 OG`|td
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 | "Jx
        16    CTE    0.806000E-05 aGB0-;.t7
        16    GTB S    'N-LAF2    ' 3J'73)y
        17    RAD    -48.1100000000000    TH    1.00000000    AIR 9jO`gWxV8*
        18    RAD    70.1900000000000    TH    6.20000000 '7Mep ]
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 7deAr$?Wx
        18    CTE    0.806000E-05 7`IUMYl#~
        18    GTB S    'N-LAF2    ' AozmO
        19    RAD    -725.0000000000000    TH    2.00000000    AIR V(;55ycr
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 ;Y'8:ncDn
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 [x!i* rW3
        20    CTE    0.710000E-05 5zNSEI"PY
        20    GTB S    'N-BK7    ' @s%X
        21    CV    0.0000000000000    TH    36.90500000 AIR %n05Jitl
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR M=5d95*-}
    END

该透镜在近红外光工作，工作数 F / 3.5，且是远心的，具有低畸变，受衍射限制。初步评价，这种设计并不差，只有不到1/4波长的像差。
视场上的最大畸变刚刚超过½微米，远心距离的最大偏差约为0.01弧度。性能还不错- 但如果我们能够进一步提高它的性能，这将为我们提供更多的公差余地。
这是我们的优化MACro：

_1>SG2h{fV
    CHG ePp[m zg6
    WAP 1                            ! keep entering beam diameter constant over field c ]>DI&$;J
    19 UMC -0.14286                    ! maintain F/number ud0QZ X
    CFREE                            ! remove the clear aperture at the stop END }#yU'#|d
(n=9c%w
    PANT iH-bo@
    VY 0 YP1                        ! let the program find the best stop location fy&#M3UA\U
    VLIST RAD ALL                    ! all radii will change except 19 and the flat windows x3Nkp4=Xd
    VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2        ! and all thicknesses except 1 and 20 )]%e
    END ?gLR<d_
}@Xh xZu
    AANT C,o:
    AEC                                ! monitor feathered edges /~40rXH2C
    ACC                                ! and keep thicknesses less than 25.4 mm +7V=aNRlE
    M 89.6 1 A TOTL                    ! keep total lens length constant m6b$Xyq[
    M 0 50 A GIHT                    ! control distortion at full field S P YA 1 %'N$lF"]
bb|}'
    M 0 50 A GIHT                    ! and at half field DIV CONST 2 NW z9C=y
bqSMDK
    S P YA .5 HHz;0V4w?
hZcmP"wgC1
    M 0 20 A P HH .7                ! control telecentricity at 0.7 field jcE Msc
vR7ctav
    GSO 0 0.1 5 M 0                    ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 ]?[zx'|
    GNO 0 0.05 4 M 1 END c$9sF@K?
/K7Bae5h
    SNAP                            ! get snapshot every iteration C(G(^_6
    SYNO 30                            ! optimize for 30 cycles.

（创建这组光线网格像差的最简单方法是使用MACro编辑器中的Ready Made Raysets按钮。在这种情况下，我们选择了第8组，它创建了横向目标和OPD目标，然后选择删除横向目标并且在全视场增加OPD目标的权重.Bare-bones Rayset对话框也可以这样做，然后有更多选项。）
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。透镜有所改善。

现在让我们使用一些强大的工具。首先，我们运行自动元件删除功能。这会找到可以移除的元件，而对评价函数的性能降低最小。为此，我们只需添加该行命令

9I85EcT^4"
AED 3 Q 3 19 ! find which element to delete between surfaces 3 and 19.

将该命令加到PANT命令之前，然后重新优化。该程序显示可以移除表面14处的镜片。我们允许它删除该元件，然后对其进行优化和模拟退火（在注释掉AED行之后，我们不会删除另一个元件或删除顶部的CHG文件）。

正如预期的那样，透镜性能有所下降，但仍然不错。现在我们将使用元件自动插入功能，以查看透镜是否会恢复到以前的镜片数，结果是否比起始透镜更好？
为此，我们将AED线更改为

j1/+\8Y
AEI 3 3 17 0 ! insert one element between surfaces 3 and 17.

并再次运行MACro。（如果您有多核电脑，则在MACro的顶部还应添加以下命令，其中nb是核心数。这将以更快的速度运行AEI。）

a"x}b
CORE nb

在MACro的顶部，其中nb是核心数。这将以更快的速度运行AEI。）
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量

_BbvhWN&+
VY 12 GLM

到PANT文件，所以新元件上的玻璃模型可以变化，注释掉AEI命令行，重新优化并模拟退火。

该程序已将透镜内的孔径位置移动到9.如果透镜有固定孔径，我们可以在该元件上切一个凹槽，并获得极好的性能 - 但如果没有，我们会为表面11分配一个真正的孔径，移除 YP1的变量，并再次重新优化。我们得到如下透镜：

C0QM#"[
    RLE U9 #w
    ID EXAMPLE LENS                                141 V@[rf<,
    WAVL .7150000 .7100000 .7050000 [ 7g><
eIH$"f;L
    CORDER    1    3    2 dN< ,%}R
    APS                -11 ZWS2q4/S
    TEMPERATURE        30.00000 8f|98T"
    WAP                 1 'S*k_vuN
    GTZ A{N\)
    UNITS MM /&r|ec5
    OBB    0.000000      15.20000    6.24500       -11.63722       0.00000     0.00000 M*w'1fT
    6.24500 )qv2)a!H
        0    AIR ziiwxx_
        1    CV    0.0000000000000    TH    4.50000000 96c?3ya
        1    N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 vy[C'a
        1    DNDT    1.090E-05    9.960E-06    9.700E-06 3.65000E-01 Br!9x{q*
        1    CTE    0.500000E-06 ]W/>Ldv
        1    GTB U    'FUSILICA    ' LBat:7aH>
        2    CV    0.0000000000000    TH    1.00000000 AIR ygzxCn|#
        3    RAD    31.7420365099046    TH    4.89311077 py @( <
        3    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 0OnV0SIL
        3    CTE    0.806000E-05 H>XFz(LWh
        3    GTB S    'N-LAF2    ' Qs%B'9")
        4    RAD    205.8474850968830    TH    6.35592001 AIR 2}vNSQvG
        5    RAD    31.8551157618315    TH    1.39568729 | &7S8Q
        5    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 BRzfic:e
        5    CTE    0.710000E-05 :5b0np!
        5    GTB S    'N-BK7    ' X:|8vS+0gU
        6    RAD    12.9057883346246    TH    7.19477052 AIR $=)gpPT
        7    RAD    -23.8475364230033    TH    1.00000000 Su7bm1
        7    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 [ *>AN7W
        7    CTE    0.710000E-05 XogVpkA
        7    GTB S    'N-BK7    ' s2REt$.q
        8    RAD    18.0286949741191    TH    1.24241640 AIR =n+ \\D
        9    RAD    21.7606620988429    TH    11.21030691 .UQE{.?
        9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 n<7u>;SJQ
        9 CTE    0.710000E-05 /<{:I \<
        9 GTB S    'N-BK7    ' TB!(('
        10    RAD    -27.0144706600627    TH    1.00000000 AIR S\*`lJzPM
        11    CV    0.0000000000000    TH    15.36917292 AIR O"Q7Rx
        12    RAD    -221.0555600124851    TH    3.83402160 ]PR#W_&q
        12    GLM    1.73264979        52.69907560 jQ+sn/ROp
        13    RAD    -18.9307423606996    TH    1.00000000 AIR H,y4`p 0
        14    RAD    -18.3189387535143    TH    1.00000790 }Wh6zT)
        14    N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3    1.83114590 GpI!J}~m
        14    CTE    0.846000E-05 Lja7
        14    GTB S    'N-SF57    ' ^5;`-Ky
        15    RAD    77.6676600402005    TH    8.59463594    AIR Nd@~>&F
        16    RAD    -98.5742040515266    TH    3.91807638 ,|h)bg7.
        16    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 aG%,cQ1
        16    CTE    0.806000E-05 -LW[7s$
        16    GTB S    'N-LAF2    ' `$TRleSi
        17    RAD    -31.6148606190401    TH    5.55657931    AIR S1S;F9F
        18    RAD    90.9510179315515    TH    5.93527419 e<cM[6H'D
        18    N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3    1.73634814 u0Nm.--;_3
        18    CTE    0.806000E-05 Ig6T g ?
        18    GTB S    'N-LAF2    ' @~ETj26U'
        19    RAD    -60.9109375555036    TH    1.00003786    AIR CAD@XZSh
        19    CV    -0.01641741 B9,^mE#
        19    UMC    -0.14286000 T'H::^9:E
        20    CV    0.0000000000000    TH    3.60000000 SUM4Di7
        20    N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3    1.51295285 t2BL(yB
        20    CTE    0.710000E-05 >e,mg8u6$
        20    GTB S    'N-BK7    ' &--ej|n
        21    RAD -1.1487695061324E+17    TH    43.52197472    AIR .6f%?oo
        21    CV    -8.70496644E-18 '#/G,%m<!i
        21    UMC    -0.14286000 $F'>yop2b
        22    CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR cV{o?3<:B
    END

该程序在表面14处移除了原始透镜元件，并在12处更换了新镜片。最大畸变现在约为1/4微米（是原来的一半）。然后，我们在表面12处用玻璃模型替换了表面3上使用的玻璃，并重新优化，几乎没有性能损失。（当您自己学习这些课程时，由于退火阶段的随机性，您可能会得到略微不同的结果。）

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